Optocsatoló: típusai és különféle alkalmazásai DC / AC áramkörökben

Az opto-csatoló olyan elektronikus alkatrész, amely két elszigetelt áramkör között továbbítja az elektromos jeleket. Az optocsatolót Opto-leválasztónak, fotócsatolónak vagy optikai leválasztónak is nevezik.

Gyakran áramkörökben, különösen kisfeszültségű vagy erősen zajérzékeny áramkörökben, az Optocouplert áramkörök izolálására használják, hogy megakadályozzák az elektromos ütközés esélyét vagy kizárják a nem kívánt zajokat. A jelenlegi kereskedelmi piacon megvásárolhatunk Opto-csatolót 10 kV és 20 kV bemenettel a kimenet ellenállására a feszültség kapacitására, 25 kV / uS feszültség tranziensek specifikációjával .

Az optocsatoló belső felépítése

Ez az opto-csatoló belső szerkezete. A bal oldali 1. és 2. érintkező kitéve, ez egy LED (fénykibocsátó dióda), a LED infravörös fényt bocsát ki a fényérzékeny tranzisztorraa jobb oldalon. A fototranzisztor a kimeneti áramkört kollektorával és emitterével kapcsolja, ugyanúgy, mint a tipikus BJT tranzisztorokat. A LED intenzitása közvetlenül vezérli a fotótranzisztort. Mivel a LED különböző áramkörökkel vezérelhető, a fotótranzisztor pedig különböző áramköröket vezérelhet, így két független áramkör vezérelhető az Optocoupler segítségével. A fototranzisztor és az infravörös LED között a tér átlátszó és nem vezető anyag; két különböző áramkört elektromosan izolál. A LED és a fototranzisztor közötti üreges tér üveg, levegő vagy átlátszó műanyag felhasználásával készíthető, az elektromos szigetelés sokkal nagyobb, jellemzően 10 kV vagy nagyobb.

Az optocsatolók típusai

Sokféle optocsatoló kapható kereskedelemben, igényeik és kapcsolási képességeik alapján. A használattól függően főleg négy típusú optocsatoló áll rendelkezésre.

Photo-tranzisztort használó opto-csatoló.
Opto-csatoló, amely Photo Darlington tranzisztort használ.
Opto-csatoló, amely Photo TRIAC-ot használ.
Opto-csatoló, amely Photo SCR-t használ.

Photo-Transistor optocsatoló

A felső képen a belső felépítés egy Photo-tranzisztoros optocsatolóban látható. A tranzisztortípus bármi lehet, legyen az PNP vagy NPN.

A fototranzisztor a kimeneti tű elérhetőségétől függően további kétféle lehet. A bal oldali második képen van egy további tű, amely belső kapcsolatban van a tranzisztor aljzatával. Ezt a 6 tűt használjuk a fototranzisztor érzékenységének szabályozására. Gyakran a csapot földeléshez vagy negatívhoz való csatlakoztatáshoz használják nagy értékű ellenállás segítségével. Ebben a konfigurációban a zaj vagy elektromos tranziensek miatti hamis kiváltás hatékonyan szabályozható.

Továbbá, a Photo-tranzisztor alapú optocsatoló használata előtt a felhasználónak ismernie kell a tranzisztor maximális névleges értékét. A PC816, PC817, LTV817, K847PH kevés olyan széles körben használt fototranzisztor alapú optocsatoló. Fotó - Tranzisztor alapú opto-csatolót az egyenáramú áramkörrel kapcsolatos szigeteléshez használnak.

Photo-Darlington tranzisztor optocsatoló

A felső képen kétféle szimbólum van, a Photo-Darlington alapú opto-csatoló belső felépítése látható.

A Darlington tranzisztor két tranzisztorpár, ahol az egyik tranzisztor vezérli a másik tranzisztor bázist. Ebben a konfigurációban a Darlington tranzisztor nagy erősítési képességet biztosít. A szokásos módon a LED infravörös ledet bocsát ki, és vezérli a páros tranzisztor alapját.

Ez a fajta opto-csatoló a DC áramkörrel kapcsolatos területeken is használatos a szigeteléshez. A tranzisztor aljához belsőleg csatlakoztatott 6. érintkező a tranzisztor érzékenységének szabályozására szolgál, amint azt a foto-tranzisztor leírásában korábban tárgyaltuk. A 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 néhány fotó-Darlington alapú opto-csatoló.

Photo-TRIAC optocsatoló

A felső képen a belső felépítés vagy a TRIAC alapú opto-csatoló látható.

A TRIAC-ot elsősorban ott használják, ahol váltakozó áramú vezérlés vagy kapcsolás szükséges. A led vezérelhető DC-vel, a TRIAC pedig AC-vel. Az opto-csatoló ebben az esetben is kiváló szigetelést biztosít. Itt van egy Triac alkalmazás. A foto-TRIAC alapú opto-csatoló példák: IL420 , 4N35, stb. Példák a TRIAC alapú opto-csatolóra.

Photo-SCR alapú optocsatoló

SCR állvány szilícium-vezérlésű egyenirányítóhoz, az SCR tirisztornak is nevezik. A felső képen egy Photo-SCR alapú opto-csatoló belső felépítése látható. Ugyanúgy, mint más opto-csatolók esetében, a LED infravörös fényt bocsát ki. Az SCR-t a LED intenzitása vezérli. Photo-SCR alapú Opto-csatoló, váltakozó áramú áramkörökben. Tudjon meg többet a tirisztorról itt.

Néhány példa a foto-SCR alapú opto-csatolókra: - MOC3071, IL400, MOC3072 stb.

Az Optocoupler alkalmazásai

Amint azt korábban tárgyaltuk, kevés DC-áramkörben használt optocsatoló és néhány váltakozóáramú műveletekhez használt optocsatoló. Mivel az optocsatoló nem teszi lehetővé a közvetlen elektromos csatlakozást két oldal között, az optocsatoló fő feladata két áramkör elkülönítése.

Az Optocoupler használható más alkalmazások váltásánál, hasonlóan ahhoz, mint ahol tranzisztor használható az alkalmazás váltására. Különböző mikrovezérlőkkel kapcsolatos műveleteknél használható, ahol a digitális impulzusok vagy a nagyfeszültségű áramkörből származó analóg információk szükségesek.

Az opto-csatoló használható AC észleléshez, DC vezérléssel kapcsolatos műveletekhez. Lássuk az Opto-tranzisztorok néhány alkalmazását.

Optocsatoló DC áramkör kapcsolására:

A felső áramkörben Photo-Transistor alapú optocsatoló áramkört használnak. Úgy fog viselkedni, mint egy tipikus tranzisztorkapcsoló. A vázlatos olcsó PC817 fototranzisztor alapú opto-csatolót használunk. Az infravörös ledet az S1 kapcsoló vezérli. Amikor a kapcsoló be lesz kapcsolva, a 9V-os akkumulátorforrás áramot juttat a LED-hez a 10k áramkorlátozó ellenálláson keresztül. Az intenzitást az R1 ellenállás vezérli. Ha megváltoztatjuk az értéket és alacsonyabbá tesszük az ellenállást, a led intenzitása nagy lesz, ami a tranzisztor erősségét erősíti.

A másik oldalon a tranzisztor egy foto-tranzisztor, amelyet a belső infravörös led vezérel, amikor a led infravörös fényt bocsát ki, akkor a fototranzisztor kapcsolatba lép, és a VOUT 0 kikapcsolja a rajta összekapcsolt terhelést. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy az adatlap szerint a tranzisztor kollektorárama 50 mA. Az R2 biztosítja a VOUT 5v-t. Az R2 egy felhúzható ellenállás.

Az alábbi videóban láthatja a LED kapcsolását opto-csatolóval…

Ebben a konfigurációban a fototranzisztor alapú opto-csatoló használható a mikrovezérlővel impulzusok vagy megszakítások detektálására.

Optocsatoló az AC feszültség érzékeléséhez:

Itt egy másik áramkör látható az AC feszültség detektálására. Az infravörös LED-et két 100k-os ellenállással vezérlik. A 200k-os ellenállás helyett használt két 100k-os ellenállás extra biztonságot nyújt a rövidzárlattal kapcsolatos állapotok esetén. A LED a fali aljzaton (L) és a semleges vonalon (N) keresztül csatlakozik. Az S1 megnyomásakor a LED elkezd infravörös fényt bocsátani. A fotótranzisztor választ ad, és a VOUT-ot 5 V-ról 0 V-ra alakítja.

Ebben a konfigurációban az opto-csatoló alacsony feszültségű áramkörön keresztül csatlakoztatható, például mikrovezérlő egységhez, ahol az AC feszültség érzékelése szükséges. A kimenet négyzetes, magas vagy alacsony impulzust eredményez.

Mostantól az első áramkört használják az egyenáramú áramkör vezérlésére vagy kapcsolására, a második pedig az AC áramkör és a DC áramkör vezérlésére vagy kapcsolására. Ezután látni fogjuk az AC áramkör vezérlését DC áramkör használatával.

Optocsatoló a váltakozó áramkör vezérléséhez egyenfeszültség használatával:

A felső áramkörben A LED-et ismét 9 V-os akkumulátor vezérli 10k-os ellenálláson és a kapcsoló állapotán keresztül. A másik oldalon egy foto-TRIAC alapú opto-csatolót használnak, amely a váltakozó áramú lámpát a 220 V-os váltóáramú aljzatból vezérli. A 68R ellenállást a BT136 TRIAC vezérlésére használják, amelyet az opto-csatoló egységen belüli foto-TRIAC vezérel.

Ez a fajta konfiguráció az elektromos készülékek kisfeszültségű áramkörök vezérlésére szolgál. Az IL420-at a felső vázlaton használják, amely egy foto-TRIAC alapú Opto-csatoló.

Az ilyen típusú áramkörökön kívül egy opto-csatoló használható az SMPS-ben a másodlagos oldalsó rövidzárlat vagy az áramellátásról szóló információk elküldéséhez az elsődleges oldalra.

Ha valós működésben szeretné látni az Optocoupler IC-t, ellenőrizze az alábbi áramköröket:

Bevezetés az oktokapcsolóba és az ATmega8 interfész
Előre fizetett energiamérő a GSM és az Arduino használatával
IR távirányítós TRIAC dimmer áramkör
Raspberry Pi vészhelyzeti fény sötétséggel és váltakozó áramú hálózati érzékelővel
IR távirányítású otthoni automatizálás PIC mikrokontroller használatával